CN112979100A

CN112979100A - 一种难生化处理的中药废水处理系统及其处理方法

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Publication number: CN112979100A
Application number: CN202110397296.5A
Authority: CN
Inventors: 方有存; 李鹏飞; 葛华; 李静; 周捷; 李峰; 孟程程; 章欣; 翟宇; 张彪
Original assignee: Tianjin United Environmental Engineering Design Co ltd
Current assignee: Tianjin United Environmental Engineering Design Co ltd
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本发明公开了一种难生化处理的中药废水处理系统及其处理方法。本发明通过工艺验证性试验探索难生物降解中药废水处理工艺的设计参数，为工程设计和工程实施提供可参考的设计参数。针对COD_cr浓度高、组成复杂、难生物降解的中药废水，采用预处理+芬顿氧化+生化工艺处理。解决了如何处理一种可生化性差、难生物降解的中药废水，重点考察了废水处理工艺及废水处理加药量，主要的难点在于传统的物化法、生化法联用工艺无法使该种中药废水出水达标。

Description

一种难生化处理的中药废水处理系统及其处理方法

技术领域

本发明属于环保行业，涉及一种难生化处理的中药废水处理系统及其处理方法。

背景技术

中药废水产生于中药生产的原料洗涤、药物提取和冲洗等过程，主要特点是有机污染物浓度高、悬浮物含量高、生化抑制因素种类复杂多样等，加大了常规工艺的处理难度。针对中药废水水质特点，目前的处理方法主要为物化处理法和生物处理法联用工艺。

物化法是指通过各种物理和化学的方法，将废水中的污染物分离出来，以达到净水目的。常用的物化处理方法包括：混凝沉淀、气浮、吸附、低压蒸馏、电解等。物化法进行废水处理的费用较高，劳动强度大，不适合大规模的废水处理，并且，单独使用物化法处理中药废水很难达标。因此，物化法很难作为一种独立的处理方法。

生物处理法是一种通过微生物对废水中可降解的污染物进行处理，来降低废水中污染物浓度，使出水达标的水处理方法。生物处理法具有经济、高效等特点，是目前废水处理中最常用的水处理方法。中药废水生化处理法一般分为：好氧生物法和厌氧生物法。虽然生物处理法具有经济、高效等优点，但是，生物处理仅对废水中可降解的有机物进行处理，对于难生物降解的物质没有很好的去除效果，并且当废水生物毒性较大时会对微生物的生长起到抑制作用，从而影响处理效果。

因此，对于可生化性差、难生物降解的中药废水，传统的物化法、生化法联用工艺并不能使出水达标，需探寻有针对性的工艺以求处理效果高效可靠。

发明内容

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

本发明主要解决了如何处理一种可生化性差、难生物降解的中药废水，重点考察了废水处理工艺及废水处理加药量，主要的难点在于传统的物化法、生化法联用工艺无法使该种中药废水出水达标。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种难生化处理的中药废水处理系统，其特征在于它包括：混凝罐1、芬顿氧化罐2、调节罐3、厌氧反应器4、一级MBBR生物池5、一级沉淀池6、二级MBBR生物池7、二级沉淀池8、MBR池9清水池10；

其中混凝罐1与芬顿氧化罐2通过管道及阀门连接，芬顿氧化罐2、与调节罐3通过管道、阀门及提升泵11连接，厌氧反应器4与一级MBBR生物池5通过管道及阀门连接，二级MBBR生物池7与二级沉淀池8、MBR池9依次相连：

所述的一级MBBR生物池5内含悬浮性填料作为微生物生长载体，池底装有曝气装置，曝气装置与风机12连接，一级MBBR生物池5池壁出水口处设有钢丝滤网且与一级沉淀池6相连接；所述的一级沉淀池6池内含中心导流筒，池底设有污泥回流管路15、污泥回流泵16依次与一级MBBR生物池5、二级MBBR生物池7相连；所述的悬浮性填料作为微生物生长载体指的是在曝气作用下填料作为载体，填料内用于废水处理的微生物可大量生长，与污水充分接触后达到处理废水中有机污染物的目的(有市售)。

所述的MBR池9与抽吸泵13、清水池10依次连接；所述的MBR池9内含MBR膜生物反应器，所述的清水池10连接有反洗泵14，反洗泵出水端与MBR池9内MBR膜生物反应器连接。

本发明所述的一级MBBR生物池5分三格，每格池壁上均有出水口，出水口处均设有钢丝滤网出水口，越流管路17与一级MBBR生物池的第二格、第三格MBBR池或一级沉淀池6、二级MBBR生物池7依次相连。

本发明进一步公开了难生化处理的中药废水处理系统进行处理的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）混凝罐内注入2t废水，加入15L NaOH搅拌均匀调节pH值后，再加入25L PAC作为混凝剂继续搅拌，加入6L PAM作为助凝剂后静置沉淀；

（2）待混合液沉淀后上清液自流进入芬顿氧化罐；

（3）芬顿氧化后上清液再由泵提升至调节罐，综合调节水质和水量，1.2t 生活污水(外界经泵注入) + 0.4t 芬顿氧化后上清液，混合液经搅拌后废水COD为6000mg/L；

（4）调节罐出水通过泵提升至厌氧反应器；

（5）厌氧反应器的出水自流至一级MBBR生物池，作为二级处理工艺；一级MBBR生物池内含悬浮性填料作为微生物生长载体，池底装有曝气装置，曝气装置与风机连接，该池分三格，每格池壁上均有出水口，出水口处有钢丝滤网以防悬浮性填料进入下一格，第二格和第三格均多一处钢丝滤网出水口，当池体堵塞或水质较好时可通过越流管路，越过第三格MBBR池体或一级沉淀池进入下一池体；

（6）一级MBBR生物池出水自流至二级MBBR生物池进行深度处理。

本发明更进一步公开了采用难生化处理的中药废水处理系统进行中药废水处理方法在改善中药废水水质方面的应用；所述的改善中药废水水质指的是：改善 COD_cr和BOD₅。

实验结果显示：含有高浓度COD_cr和 BOD₅、难生物降解的中药废水经过预处理，降低了COD_cr和BOD₅值，削减了高分子醇类毒性。试验结果表明，经本工艺处理后的中药废水水质得到了大幅改善，出水指标数值优于《天津市地方排水标准》（DB12/356-2018）中三级排放标准。

本发明更加详细的描述如下：

1、混凝罐：待处理的中药废水经泵提升至混凝罐。混凝是水处理的一个重要预处理方法，用以去除水中细小的悬浮物和胶体污染物质。本工艺选取无机高分子化合物聚合氯化铝（poly aluminum chloride，PAC，）作为混凝剂，阴离子聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）作为助凝剂。PAC具有较强的交联吸附性能，絮凝效果好且用量少，较易形成大矾花。PAM则可促进絮凝体增大，加快沉淀。加入PAC和PAM可强化去除水中细小的悬浮物、胶体污染物质、部分COD_cr及BOD₅。具体的是：混凝罐内注入2t废水，加入15L NaOH搅拌均匀调节pH值后，再加入25L PAC（聚合氯化铝）作为混凝剂继续搅拌，加入6L PAM（聚丙烯酰胺）作为助凝剂后静置沉淀。

2、芬顿氧化罐：待混合液沉淀后上清液自流进入芬顿氧化池在处理难生物降解的有机废水时，芬顿法具有其他方法无可比拟的优点，其在实践应用中具有非常广阔的前景。该方法可产生氧化能力很强的羟基自由基，加快有机物和还原物质的氧化，有效改善废水的可生物降解性。经高级氧化后废水中难生物降解的大分子有机物可分解为小分子有机物。具体的是：芬顿氧化罐内注入1.5t混凝罐内上清液，加入1L 10%H₂SO₄调节pH至3左右，加入FeSO₄•7H₂O 25kg搅拌，再加入30L H₂O₂，充分反应2h后加入50%NaOH调节pH至中性，静置沉淀。

3、调节罐：芬顿氧化后上清液再由泵提升至调节罐，综合调节水质和水量。调节罐顶装有搅拌器可均质均量进入后续厌氧反应器的废水。调节罐出水经提升泵进入厌氧反应器。调节罐与厌氧反应器通过管道、阀门及提升泵连接。

4、厌氧反应器：调节罐出水通过泵提升至厌氧反应器，污水中的有机物被厌氧细菌分解、代谢、消化，使得其中的有机物含量大幅减少。厌氧生物法具有有机物负荷高、污泥产量低、能耗低和应用范围广等优点，但处理程度往往达不到直接排放的标准，一般在其后串联好氧生物处理，以期实现进一步处理。厌氧反应器内含厌氧污泥，顶部装有搅拌器利于污泥中微生物与废水充分接触、吸附分解废水中的有机物，从而达到废水处理的目的。厌氧反应器出水自厌氧反应器顶部自流进入一级MBBR生物池。厌氧反应器与一级MBBR生物池通过管道及阀门连接。

5、一级MBBR生物池：厌氧出水自流至一级MBBR生物池，作为二级处理工艺。其中绝大部分可生化的有机污染物在曝气气泡的搅拌下与填料上的生物膜充分接触，分解成CO₂和H₂O。池内含悬浮性填料作为微生物生长载体，池底装有曝气装置，曝气装置与风机连接。一级MBBR生物池分三格，每格池壁上均有出水口，出水口处有钢丝滤网以防悬浮性填料进入下一格。第二格和第三格均多一处钢丝滤网出水口。

正常情况下阀门A、D、E关闭，废水经阀门B、C进入一级沉淀池，再经阀门F进入二级MBBR池；阀门D连接污泥回流管路15，经污泥回流泵抽吸一级沉淀池池底污泥可用于调节一级MBBR池和二级MBBR池内污泥量；由于工业废水水质水量变化较大，当处理的废水水质较好时可关闭阀门B开启阀门A，废水越过一级MBBR的第三格池体经阀门A、C进入一级沉淀池，再经阀门F进入二级MBBR池；

当废水水质较清澈无需沉淀或一级沉淀池堵塞时，可关闭阀门C开启阀门E，废水越过一级沉淀池经阀门E、F进入二级MBBR池。当池体堵塞或水质较好时可通过越流管路17越过第三格MBBR池体或一级沉淀池进入二级MBBR池。

一级MBBR生物池内填料通过曝气作用处于流化状态后可与污水充分接触，附着于填料上的微生物使硝化反应、反硝化反应同时存在。一级MBBR生物池内废水自流进入一级沉淀池，一级MBBR生物池池壁上出水口处有钢丝滤网以防悬浮性填料进入一级沉淀池。

6、一级沉淀池：一级MBBR生物池出水经一级沉淀池自流至二级MBBR生物池进行深度处理。池内含中心导流筒，污水从中心管自上而下流经管底部喇叭口和反射板，利于污泥沉淀。池底设有出泥口，通过污泥回流管路及污泥回流泵流至各级MBBR池。

7、二级MBBR生物池：结构同一级MBBR生物池，废水自流进入二级沉淀池。

8、二级沉淀池：结构同一级沉淀池，废水自流进入MBR池。

9、MBR池：池内含MBR膜生物反应器，废水通过抽吸泵经反应器后进入清水池。污水经生物处理后还会含有相当数量的污染物质和少量细菌，需进行深度处理后方可达标排放。选取膜生物反应器（Membrane Bioreactor，MBR）作为深度处理工艺，该反应器以高效膜分离作用取代传统活性污泥中的二级沉淀池可降低污泥产量、提升出水水质，对悬浮固体、病原细菌和病毒的去除尤为显著。通过其内膜组件可有效地去除水中氨氮、悬浮物、细菌和病毒等。出水经处理合格后排出。

10、清水池：清水池连接有反洗泵，反洗泵出水端与MBR池内MBR膜生物反应器连接用于清洗MBR膜生物反应器。废水经处理达标后由清水池排至外界水体。

本发明的有益效果如下：

通过小试实验结果（表1）初步验证本工艺处理中药废水的高效性。

表1 芬顿前置工艺处理结果（单位：mg/L，pH无量纲）

与传统生化工艺对比（表2）可知：本工艺具有投资低、占地面积小、CODcr去除率高等优点。

表2 污水处理方案综合对比

本发明公开的难生化处理的中药废水处理系统及其处理方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：

（1）芬顿氧化法分解了水中难降解的大分子有机物，降低了后续生化处理工艺的运行负荷；

（2）优化了处理过程中药剂（指的是混凝药剂PAC、PAM的用量及芬顿氧化药剂FeSO₄•7H₂O、H₂O₂用量）的使用量，极大程度发挥各工艺段的作用。

（3）越流管路的设置既可防止突发设备堵塞时整体设备瘫痪，也可灵活应对工业废水水质水量变化大的情况（水质较好时可通过越流管路取消部分工艺），避免浪费资源。

附图说明

图1为难生化处理的中药废水处理系统结构示意图；

图2为设备工艺流程图；

其中

1、混凝罐； 2、芬顿氧化罐；3、调节罐；4、厌氧反应器；

5、一级MBBR生物池； 6、一级沉淀池；7、二级MBBR生物池；

8、二级沉淀池； 9、MBR池； 10、清水池；11、提升泵；

12、风机； 13、抽吸泵； 14、反洗泵；15、污泥回流管路。

16、污泥回流泵 17、越流管路； A-F、阀门。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料及试剂例如聚合氯化铝、悬浮性填料、聚丙烯酰胺等均有市售。

实施例1

其中混凝罐1与芬顿氧化罐2通过管道及阀门连接，芬顿氧化罐、与调节罐3通过管道、阀门及提升泵11连接，厌氧反应器4与一级MBBR生物池5通过管道及阀门连接，二级MBBR生物池7与二级沉淀池8、MBR池9依次相连：

所述的一级MBBR生物池内含悬浮性填料作为微生物生长载体，池底装有曝气装置，曝气装置与风机12连接，一级MBBR生物池池壁出水口处设有钢丝滤网且与一级沉淀池相连接；所述的一级沉淀池池内含中心导流筒，池底设有污泥回流管路15、污泥回流泵16依次与一级MBBR生物池、二级MBBR生物池相连；

所述的MBR池9内含MBR膜生物反应器，废水通过抽吸泵13经反应器后进入清水池10；所述的清水池连接有反洗泵14，反洗泵出水端与MBR池内MBR膜生物反应器连接。

所述的一级MBBR生物池5分三格，每格池壁上均有出水口，出水口处均设有钢丝滤网出水口，越流管路17与一级MBBR生物池5的第二格、第三格MBBR池或一级沉淀（6、二级MBBR生物池7依次相连。

实施例2

一种难生化处理的中药废水处理系统进行处理的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（2）待混合液沉淀后上清液自流进入芬顿氧化罐；

（4）调节罐出水通过泵提升至厌氧反应器；

实施例3

（实际应用情况介绍）

针对某中药厂生产废水及生活污水，实地进行中试试验以验证本发明的可行性。

（1）进水水量

依据环评提供的某中药厂不同废水排放情况（表3），确定废水总产量为223.53m³/d，其中高浓废水为26.43 m³/d，低浓废水为197.1 m³/d，生活污水产量为12.4 m³/d。由此设定中试试验进水组成为高浓废水占比11.82%、低浓废水占比88.18%，生活污水占比5.55%。

表3 某中药厂废水排放浓度及比例

（2）进水水质

前期对该中药厂不同车间多种工艺排水进行了全面的取样检测（表4），可进一步明确本次试验的进水水质。

表4 进水水质统计表（单位：mg/L，pH无量纲）

测样结果表明，该中药厂三个车间的生产废水水质较不稳定：pH在4.11-9.69范围内，COD_cr在16-34800mg/L范围内，BOD₅在0.5~4890mg/L范围内，氨氮在0.02-3.25mg/L范围内，总氮在0.13-87.10mg/L范围内，总磷在0.01-1.58mg/L范围内。总体来看，生产废水氮、磷不足，去除指标重点关注COD_cr和BOD₅。

根据检测的COD_cr和BOD₅值，相应得出BOD₅/COD_cr值（以下简称B/C），可用于判断废水的可生化性，当B/C值大于30%时，废水可被生物降解。中药六厂三个车间排放废水的B/C值波动较大，最低可达9.28%，证明该废水水质波动性大、可生化性差。

本项目中高浓废水具有COD_cr浓度高、组成复杂、生物难降解的特点，其中的高分子醇类具有一定的杀菌、抑菌作用，会影响后续生化系统的正常运行，需对试验中的高浓废水进行预处理来降低COD_cr、削减高分子醇类毒性。预处理技术包括化学混凝、芬顿氧化等工艺环节。因此，确定本项目废水适宜采用预处理、化学法和生化法联用工艺处理。

（3）试验结果

试验结果表明，经本工艺处理后的中药废水水质得到了大幅改善，出水指标数值优于《天津市地方排水标准》（DB12/356-2018）中三级排放标准，具体相关参数如表5所示：

表5 中试验收第三方检测结果（单位：mg/L，pH无量纲）

注：“ND”表示检测结果小于检出限

表6 《天津市地方排水标准》三级排放标准

Claims

1.一种难生化处理的中药废水处理系统，其特征在于它包括：混凝罐（1）、芬顿氧化罐（2）、调节罐（3）、厌氧反应器（4）、一级MBBR生物池（5）、一级沉淀池（6）、二级MBBR生物池（7）、二级沉淀池（8）、MBR池（9）清水池（10）；

其中混凝罐（1）与芬顿氧化罐（2）通过管道及阀门连接，芬顿氧化罐（2）、与调节罐（3）通过管道、阀门及提升泵（11）连接，厌氧反应器（4）与一级MBBR生物池（5）通过管道及阀门连接，一级MBBR生物池（5）与一级沉淀池（6）、二级MBBR生物池（7）、二级沉淀池（8）、MBR池（9）、清水池（10）依次相连

所述的一级MBBR生物池（5）内含悬浮性填料作为微生物生长载体，池底装有曝气装置，曝气装置与风机（12）连接，一级MBBR生物池（5）池壁出水口处设有钢丝滤网且与一级沉淀池（6）相连接；所述的一级沉淀池（6）池内含中心导流筒，池底设有污泥回流管路（15）、污泥回流泵（16）依次与一级MBBR生物池(5)、二级MBBR生物池（7）相连；

所述的MBR池（9）与抽吸泵（13）、清水池（10）依次连接；所述的MBR池（9）内含MBR膜生物反应器，所述的清水池（10）连接有反洗泵（14），反洗泵出水端与MBR池（9）内MBR膜生物反应器连接。

2.根据权利要求1所述的一种难生化处理的中药废水处理系统，其特征在于所述的一级MBBR生物池（5）分三格，每格池壁上均有出水口，出水口处均设有钢丝滤网出水口，越流管路（17）与一级MBBR生物池（5）的第二格、第三格MBBR池或一级沉淀池（6）、二级MBBR生物池（7）依次相连。

3.一种采用权利要求1所述难生化处理的中药废水处理系统进行处理的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（2）待混合液沉淀后上清液自流进入芬顿氧化罐；

（3）芬顿氧化后上清液再由泵提升至调节罐，综合调节水质和水量，1.2t 生活污水+0.4t 芬顿氧化后上清液，混合液经搅拌后废水COD为6000mg/L；

（4）调节罐出水通过泵提升至厌氧反应器；

4.权利要求3所述采用难生化处理的中药废水处理系统进行中药废水处理方法在改善中药废水水质方面的应用；所述的改善中药废水质指的是：改善 COD_cr和BOD₅。